污水处理厂不停水施工设备安装探讨

张 豪

(中铁十八局集团第四工程有限公司，天津市 3000350)

0 引 言

近几年来，对环境保护要求越来越高，对污水处理厂排放标准也越来越高.随着污水处理技术的不断提高，众多老旧的污水处理技术也需要改造升级.现阶段，如何利用老旧污水处理厂产能，结合现代先进污水处理技术，在不大幅增加财政投资基础上，对现有的老旧污水处理厂进行提标改造，使其发挥更重要的环境保护效益.

1 工程概况

天津大港港东污水处理厂提标改造工程位于天津市滨海新区李港铁路以南、港塘公路以西，是天津市第一例不停水施工污水处理厂提标改造工程.本工程原有生物池1座，设计有效水深6米，为满足污水处理指标达标，要求对该生物池进行不停水作业，本次改造主要内容：原好氧区第1-4廊道作为好氧区，改为循环流动池型，增加4台填料区专用推流器及辅助曝气系统，更换原有微孔曝气系统.原好氧区第5、6廊道改为后置缺氧区，增加6台填料区专用推流器.原好氧区第7廊道剩余部分，作为后置好氧区.提标改造后排放标准达到地表Ⅳ类水水质.

2 施工难点

我国目前大多数老旧污水处理厂，出水指标已不能满足现阶段环境保护要求.近年来，老旧污水处理厂提标改造项目增多，特别是在没有其它污水处理的渠道，必须在不能停止原有污水处理过程中，进行提标改造、设备更新.所以就必须通过科学的措施来进行不停水施工.天津大港港东污水处理厂提标改造工程不停水施工设备安装施工难点主要集中在以下几方面：

(1)生物池中污水混浊，施工期间不能停止污水处理，大部分工作在水下污水中作业，必须保障潜水员安全，水下作业安装质量控制、设备安装倾斜度测量控制工作难度大.

(2)在水下污水中环境中，推流器安装固定材料选择及安装质量控制难度大.

(3)安装拦截筛网，部分位置靠墙三角区域空间狭窄，水下作业人员无法进入施工，拦截筛网安装质量对生物池内填料起关键作用.

3 施工工艺流程

本工程水下设备安装施工，其具体的施工工艺流程为：施工准备工作→更换微孔曝气系统→曝气系统倾斜度测量→金刚石绳锯切割开洞→安装拦截筛网→安装填料→推流器安装→试运行→系统联合运行.

4 施工前准备工作

首先将专业厂家提供的管道、微孔曝气、拦截筛网、推流器等运至现场设备加工场地，并做好相关防护工作.按施工顺序安装微孔曝气系统，组装拦截筛网，试验推流器安装固定材料及安装方法，以及水下作业潜水员试潜及水下摸底.对潜水员进行安全技术交底，进行水下作业应急演练，保障安全.

4.1 更换微孔曝气系统

按设计要求，本次更换微孔曝气系统共8组，8个回路.先将微孔曝气系统在地面上整体安装在平盘托架上，并与污水处理厂运行部门对接，提前作好准备，待更换处支管停气后潜水员下水拆除原有曝气系统.对水下杂物进行全面清理、排查，保证水下无杂物.再将曝气系统整体吊放至设计位置固定，潜水员下水在确定位置后用气动冲击钻钻孔，钻孔深度8 cm，钻孔完后安装自扩底螺栓，支架与螺栓之间放置不锈钢压缩弹簧扣夹垫圈，应上紧牢固.为了保证曝气管的水平度，采用水下倾斜仪检测，水平误差控制在±5 mm.使用专业机构研发的高精度倾斜度测量系统进行水下测量.最后再与原气动管道连接后进行系统运行.[2]

更换微孔曝气系统施工工艺，[6]如图1所示：

图1 微孔曝气系统施工工艺

4.2 曝气系统倾斜度测量

微孔曝气系统安装后，在水中安装质量无法进行观察，为了保证曝气管的水平度，本工程采用水下倾斜仪检测，水平误差控制在±5 mm.[4]本次测量使用专业机构的高精度倾斜度测量系统，该系统具有精度高、稳定时间短、数据采集便捷等优势.系统由倾角传感器、数据传输单元、采集计算机和后期处理软件组成.系统集成高精度级别的倾斜传感器，能够精准测量目标监测物两个轴向的倾斜角度大小，俯仰Pitch和横滚Roll.倾斜角度测量精度高达0.01度，换算成高差数据，在10m距离能够达到±1.8毫米的精度.该倾斜度测量系统能够满足本次工程精度要求.

4.2.1 倾角测量尺的制作

倾角传感器模块防水密闭处理.采用水下专业防漏密闭盒，将倾角传感器固定在密闭盒中，选用优良的有机密封胶剂注满整个密闭盒，进一步固定倾角传感器模块，并起到水下防水抗压的作用.待有机密封胶剂完全固化后封闭水下密闭盒，制作倾角测量尺.倾斜仪平台是倾角传感器的载体，本次测量使用测量尺作为平台搭载倾角传感器.如图2所示，制作600 mmx100 mm大小的平板，选材应满足刚性高、具有一定厚度的要求，在正常应力条件下不会产生形变.采用固定安装的方式，将倾角传感器模块固定在测量尺上.根据曝气管的结构特点，按照曝气管直径大小，在测量尺底部安装半圆形底座，确保测量尺与曝气管贴合，减小测量误差.[7]

图2 倾角测量尺图

4.2.2 倾角测量尺的标定

倾角传感器在安装时，与测量尺平板存在角度误差，需要对测量尺进行标定，消除安装误差.曝气管平整度测量使用单轴倾斜测量，因此只标定Pitch，标定方法如下：如图3所示

图3 测量尺标定示意图

采用控制测量的方法，使用水准仪测得测量尺两端高差，并用采集倾斜仪数据：如表1所示

表1 标定数据表

由测量尺高差计算出倾斜角，与倾斜仪数据进行比对，进行标定.经过标定，得出在测量尺走向上，即Pitch=0时，传感器测定的Pitch数值，标定的实质意义是倾斜角数值的初始化.

4.2.3 平整度测量实施

考虑到由于曝气管材质，在安装过程中可能会产生形变，因此采用分段方法逐段进行倾斜度测量.如图4所示，将曝气管均匀地分成10个管段，在每一个管段进行一次倾斜度测量，每次数据采集时间为5分钟.

图4 分段测量示意图

测量得出10个管段的倾斜度数据，结合管段长度进行计算和平差处理，计算出每段的高差，进而得出整个曝气管的平整度大小，如表2所示.

表2 平整度计算

测量完成后，根据计算机采集数据，结合后期处理软件进行计算、分析.如果误差超过设计值，则潜水员下水对不锈钢压缩弹簧扣夹垫圈调整，直至满足设计要求.

4.3 金刚石绳锯切割

根据设计要求原生物池部分钢筋混凝土池壁需要切除，结合水下作业要求，选用金刚石绳锯切割工艺.该工艺可满足水下不停水作业要求，极少产生废渣，对保护池内设备，防止微孔曝气堵塞创造有利条件.根据绳锯机的功率大小能否满足一回次切割所必须完成的切割面积的要求，选用的HAKKE-10金刚石绳锯来进行施工.

图5 隔墙开洞、切割施工流程图

金刚石绳锯切割顺序为先钻穿绳孔及吊装孔，再切割洞口底边，最后切割洞口两个侧边，开洞、切割均需采用水下方式进行.金刚石绳锯切割首先启动电动马达，通过控制盘调整主动轮提升张力，保证金刚石绳适当绷紧，供应循环冷却水，再启动另一个电动马达，驱动主动轮带动金刚石绳索回转切割.切割过程中必须密切观察机座的稳定性，随时调整导向轮的偏移，以确保切割绳在同一个平面内.切割过程中通过操作控制盘调整切割参数，确保金刚石绳运转线速度，另一方面切割过程中应保证足够的冲洗液量，以保证对金刚石绳的冷却，并把磨削下来的粉屑带走.切割操作做到速度稳定，参数稳定、设备稳定.

隔墙开洞、切割施工流程如图5所示.

钻穿绳孔及吊装孔

切割前需钻穿绳孔及吊装孔，位置如图6所示.吊装孔在每个吊点处钻两个孔，孔洞直径为108 mm.穿绳孔布置在洞口底边，孔洞直径为50 mm，采用金刚石薄壁钻水下钻孔施工，施工方式如图7所示.[3-4]

图6 钻孔位置示意图 图7 水下钻孔施工

洞口底边切割

按照图8、图9所示对洞口底边进行切割，导向架采用膨胀螺栓与隔墙锚固，需潜水员进行水下作业.

图8 洞口底边切割侧面布置图 图9 洞口底边切割断面布置图

洞口侧边切割

侧边切割前，采用200吨吊车对待拆除隔墙预吊装，两台绳锯机按照图10所示方式同时对洞口侧边进行切割.切割完成后，使用吊车将已切除墙体吊至指定地点.

图10 洞口侧边切割断面示意图

4.4 拦截筛网安装

根据图纸及安装要求，由潜水员下水进行水下拦截筛网安装作业.先根据设计要求进行安装筛网螺栓固定点的位置，待位置确定后，用水下气动冲击钻打孔，钻孔深度8 cm，钻孔完后在进行螺栓的安装，最后根据厂家要求进行水下焊接安装.筛网与墙壁及池底之间缝隙小于5 mm.为防止填料丢失，缝隙之间拟采用钢丝塞紧焊接处理.其中靠墙三角区域空间狭窄，水下作业无法施工，经建设单位、设计单位、专业施队伍、专业设备厂家共同协商确定：

(1)在水上用支架(厂家提供不锈钢角钢)制作三角区域.

(2)拦截网与支架进行连接.

(3)支架两侧底部焊接(用带螺栓眼角钢或钢板)

(4)制作完成后下水安装：使用螺栓固定两侧；再固定底部螺栓；上方最后固定；三角区域完成后再施工水平区域.

生物池拦截筛网安装完成后，立即进行填料安装.填料为专业厂家供货、安装.

4.5 推流器安装

由于不停水施工，在污水环境下作业，原方案使用自扩底机械螺栓进行推流器底座安装抗拔拉力无法满足专业厂家技术要求.现场模拟在污水环境中，经多次试验确定，使用无溶剂、双组份水下注射式植筋胶结合不锈钢螺栓，抗拔拉力经专业试验室进行拉拔试验，试验结果满足专业厂家技术要求.无溶剂、双组份水下注射式植筋胶(水下植筋胶MT500)应用于潮湿、水下及干燥条件下混凝土与钢筋或化学螺杆的锚固.优点：通过混合器充分混合，注胶施工便捷、简易；耐海水性强，可在水中固化；抗化学服腐蚀能力强；有一定的触变性，施工不流淌；与大多数结构材料有良好的粘接性能；可在干燥、潮湿、水下基面施工；不结晶，可低温固化；

施工工艺：

(1)打孔：按照设计图纸位置，用靠尺在要求的位置做好垂直度标记后进行水下钻孔.

(2)清孔：两吹一刷，打好孔后用高压水枪吹掉孔内泥灰，再用专用毛刷刷掉孔壁表面松动的混凝土，最后用高压水枪清孔干净，保持待用.

(3)注胶：将MT500的注胶嘴(混合器)装上胶瓶，检查注胶嘴必须有螺旋管否则弃用，严禁现场拔去注胶嘴里的螺旋管；将胶瓶装上专用胶枪，匀速挤出胶液，前三枪的胶液应舍去，把注胶嘴插入孔底，边打胶边缓慢外提式注胶，正常注胶量为孔体积的2/3，胶打完后换新的胶瓶注胶嘴也应更换新的，没有打完的胶液把注胶嘴去除，出胶口擦干净，螺帽拧紧可下次再用.

(4)植筋：注完胶后将不锈钢螺栓按顺时针方向缓慢旋转插入孔底，有少许胶液溢出为好，擦掉溢出的多余胶液.

(5)养护：静置让锚固胶自然固化，养护时间根据温度参考MT500固化时间表，养护期间不得旋转、敲击螺杆.

(6)推流器安装：养护结束后，进行推流器底座的安装，潜水员下水根据已安装不锈钢螺栓位置，确定后在进行推流器底座的安装.推流器底座固定完成后进行推流器导杆的安装，用仪器检测导杆垂直度，垂直度误差小于1%，导杆下端与底座承插连接，上端与池壁结构固定.所有螺栓应复拧，检查确认牢固后，方可吊装推流器主机.[1][5]

4.6 试运行及系统联合运行

按照设计要求，完成生物池全部改造项目后，作试运行及系统联合运行.试运行及系统联合运行各项检测项目及指标达到设计要求，满足污水处理厂提标改造功能需要.

5 结 语

综上所述，天津大港港东污水处理厂提标改造项目为天津市第一例不停水作业工程.项目通过对生物池不停水作业设备安装进行科学策划及管理，密切与专业厂家及水下作业团队相结合，采用多种新工艺及新材料，保证了作业时污水处理厂不停水，出水达标.通过先进的检测设备保证了微孔曝气系统安装精度及质量；科学合理使用刚石绳锯切割墙体，保证水下设备运行安全；经过多次试验保证推流器安装质量及安全平稳运行.老旧污水处理厂提标改造项目在我国加大环境保护情况下处于上升发展期，在更复杂、更高技术要求下，对其改造质量等诸多问题也在不断探索中.